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Method Article
O protocolo descreve métodos de teste biomecânicos de tração eficientes e reprodutíveis para tendões murinos através do uso de luminárias impressas em 3D personalizadas.
As desordens do tendão são comuns, afetam povos de todas as idades, e são frequentemente debilitantes. Tratamentos padrão, como drogas anti-inflamatórias, reabilitação e reparo cirúrgico, muitas vezes falham. A fim de definir a função tendínea e demonstrar a eficácia de novos tratamentos, as propriedades mecânicas dos tendões de modelos animais devem ser determinadas com precisão. Os modelos animais murinos são agora amplamente utilizados para estudar distúrbios tendíneos e avaliar novos tratamentos para tendinopatias; no entanto, determinar as propriedades mecânicas dos tendões do mouse tem sido desafiador. Neste estudo, um novo sistema foi desenvolvido para testes mecânicos tendinosos que incluem luminárias impressas em 3D que correspondem exatamente às anatomias do úmero e do calcâneo para testar mecanicamente tendões supraespinal e tendões de Aquiles, respectivamente. Estes dispositivos elétricos foram desenvolvidos usando reconstruções 3D de anatomia óssea nativa, modelagem sólida e manufatura aditiva. A nova abordagem eliminou falhas de preensão vesícula (por exemplo, falha na falha da placa de crescimento em vez do tendão), tempo de teste global diminuído e maior reprodutibilidade. Além disso, este novo método é prontamente adaptável para o teste de outros tendões e tendões murinos de outros animais.
As desordens tendíneas são comuns e altamente prevalentes entre as populaçõesdeenvelhecimento, Atléticoe ativo1,2,3. Nos Estados Unidos, 16,4 milhões lesões do tecido conjuntivo são relatadas a cada ano4 e respondem por 30% de todas as visitas de consultório médico relacionadas a lesões3,5,6,7, a 8. Os sítios mais comumente afetados incluem o manguito rotador, o tendão de Aquiles e o tendão patelar9. Embora uma variedade de tratamentos não operativos e operativos tenha sido explorada, incluindo fármacos anti-inflamatórios, reabilitação e reparação cirúrgica, os resultados permanecem pobres, com retorno limitado à função e altas taxas de falha5, a 6. Estes resultados clínicos pobres motivaram estudos básicos e translacional que procuram compreender a tendinopatia e desenvolver aproximações novas do tratamento.
As propriedades biomecânicas elásticas são os desfechos quantitativos primários que definem a função tendínea. Conseqüentemente, a caracterização do laboratório da tendinopatia e da eficácia do tratamento deve incluir um teste rigoroso de propriedades elásticas do tendão. Inúmeros estudos descreveram métodos para determinar as propriedades biomecânicas de tendões de modelos animais como ratos, ovinos, cães e coelhos10,11,12. No entanto, poucos estudos testaram as propriedades biomecânicas dos tendões murinos, principalmente devido às dificuldades em prender os pequenos tecidos para testes de tração. Como os modelos murinos têm inúmeras vantagens para o estudo mecanisticamente tendinopatia, incluindo a manipulação genética, extensas opções de reagentes e baixo custo, o desenvolvimento de métodos precisos e eficientes para testar biomecanicamente os tecidos murinos é necessário.
A fim testar corretamente as propriedades mecânicas dos tendões, o tecido deve ser agarrado eficazmente, sem deslizar ou rasgar vesícula na relação do aperto ou no fraturamento da placa do crescimento. Em muitos casos, particularmente para tendões curtos, o osso é agarrado em uma extremidade e o tendão é agarrado na outra extremidade. Os ossos são tipicamente fixados incorporando-os em materiais tais como aresina de colaEpoxy13 e o polimetilmetacrilato14,15. Os tendões são frequentemente colocados entre duas camadas de lixa, coladas com cianoacrilato, e fixadas usando grampos de compressão (se a seção transversal é plana) ou em um meio congelado (se a seção transversal é grande)15,16,17 . Estes métodos têm sido aplicados a testes biomecânicos de tendões murinos, mas os desafios surgem devido ao pequeno tamanho dos espécimes e à conformidade da placa de crescimento, que nunca ossifica18. Por exemplo, o diâmetro da cabeça úmero murino é somente alguns milímetros, assim fazendo a preensão do osso difícil. Especificamente, os testes de tração de amostras de tendão-osso murino supraespinal muitas vezes resultam em falha na placa de crescimento, em vez de no tendão ou na entese do tendão. Da mesma forma, o teste biomecânico do tendão de Aquiles é desafiador. Embora o tendão de Aquiles seja maior do que outros tendões murinos, o calcâneo é pequeno, dificultando a preensão deste osso. O osso pode ser removido, seguido por agarrar as duas extremidades do tendão; Entretanto, isto impede o teste do acessório do tendão-à-osso. Outros grupos relatam prender o osso do calcâneo usando dispositivos elétricos feitos medida19,20, ancorando pelas braçadeiras21, fixando no cimento plástico22 da cura do auto ou usando um entalhe cônico22, contudo estes os métodos anteriores permanecem limitados pela baixa reprodutibilidade, por taxas de falha de preensão elevadas, e por exigências tediosas da preparação.
O objetivo do presente estudo foi desenvolver um método preciso e eficiente para testes biomecânicos de tração de tendões murinos, com foco nos tendões supraespinal e Aquiles como exemplos. Usando uma combinação de reconstruções 3D da anatomia nativa do osso, da modelagem contínua, e da fabricação aditiva, um método novo foi desenvolvido para segurar os ossos. Estes dispositivos elétricos efetivamente garantiu os ossos, impediu a falha da placa de crescimento, diminuição do tempo de preparação do espécime, e aumento da reprodutibilidade do teste. O novo método é prontamente adaptável para testar outros tendões murinos, bem como tendões em ratos e outros animais.
Os estudos em animais foram aprovados pelo Comitê institucional de cuidados e uso de animais da Universidade de Columbia. Camundongos utilizados neste estudo foram de um fundo C57BL/6J e foram comprados no laboratório Jackson (Bar Harbor, ME, EUA). Eles foram alojados em condições de barreira livre de patógenos e foram fornecidos alimentos e água ad libitum.
1. desenvolvimento de Custom-Fit 3D impresso luminárias para prender o osso
2. testes biomecânicos de tendões murinos
os dispositivos elétricos 3D-Printed foram usados para testar o supraespinal murino velho de 8 semanas e os tendões de Achilles. Todas as amostras testadas mecanicamente falharam na entese, caracterizada por exames de microtomografia, inspeção visual e análise de vídeo após testes de tração. Uma comparação um-para-um dos métodos anteriores e atuais para o teste do tendão do supraespinal em nosso laboratório é mostrada na Figura 3. No método anterior28<...
Os modelos animais murinos são comumente usados para estudar distúrbios tendinosos, mas a caracterização de suas propriedades mecânicas é desafiadora e incomum na literatura. A finalidade deste protocolo é descrever um método eficiente e reprodutível do tempo para o teste elástico de tendões murino. Os novos métodos reduziram o tempo necessário para testar uma amostra de horas a minutos e eliminaram um artefato importante que era um problema comum em métodos anteriores.
Diversas ...
Os autores não têm nada a revelar.
O estudo foi apoiado pelo NIH/NIAMS (R01 AR055580, R01 AR057836).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose | Fisher Scientific | BP160-100 | Dissovle 1g in 100 ml ultrapure water to make 1% agarose |
Bruker microCT | Bruker BioSpin Corp | Skyscan 1272 | Used by authors |
ElectroForce | TA Instruments | 3200 | Testing platform |
Ethanol 200 Proof | Fisher Scientific | A4094 | Dilute to 70% and use as suggested in protocol |
Fixture to attach grips | Custom made | Used by authors | |
Kimwipes | Kimberly-Clark | S-8115 | As suggested in protocol |
MicroCT CT-Analyser (Ctan) | Bruker BioSpin Corp | Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans | |
MilliQ water (Ultrapure water) | Millipore Sigma | QGARD00R1 (or related purifier) | 100 ml |
Meshmixer | Autodesk | http://www.meshmixer.com/ | Free engineering software used by authors to refine mesh |
Objet EDEN 260VS | Stratasys LTD | Precision Prototyping | |
Objet Studio | Stratasys LTD | Used by authors with 3D printer | |
PBS - Phosphate-Buffered Saline | ThermoFisher Scientific | 10010031 | 2.5 L of 10% PBS |
S&T Forceps | Fine Science Tools | 00108-11 | Used by authors |
Scalpel Blade - #11 | Fine Science Tools | 10011-00 | Used by authors |
Scalpel Handle - #3 | Fine Science Tools | 10003-12 | Used by authors |
SkyScan 1272 | Bruker BioSpin Corp | Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans | |
Skyscan CT-Vox | Bruker BioSpin Corp | Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans | |
SkyScan NRecon | Bruker BioSpin Corp | Used by authors for visualizing and analyzing micro-CT scans | |
SolidWorks CAD | Dassault Systèmes | SolidWorks Research Subsription | Solid modeling computer-aided design used by authors |
SuperGlue | Loctite | 234790 | As suggested in protocol |
Testing bath | Custom made | Used by authors | |
Thin film grips | Custom made | Used by authors | |
VeroWhitePlus | Stratasys LTD | NA | 3D printing material used by authors |
WinTest | WinTest Software | Used by authors to collect data |
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